В качестве примера рассмотрим пружинную сталь 82B.
82B — это высокоуглеродистая пружинная сталь, характеризующаяся высокой прочностью и твердостью, но очень чувствительная к включениям, сегрегации, поверхностным дефектам, остаточным напряжениям и факторам окружающей среды. Выход из строя пружины обычно не вызван каким-то одним фактором, а является совокупным результатом материалов, производственных процессов и условий эксплуатации.
1. Стадия плавки: качество жидкой стали.
1.1 Не-металлические включения
Проблема:Не-неметаллические включения, такие как Al₂O₃ и силикаты, образующиеся в процессе раскисления расплавленной стали, не всплывают в достаточной степени и остаются в стали.
Механизм:Не-неметаллические включения имеют слабую силу связи со стальной матрицей. При прокатке и холодном волочении они будут вытягиваться или сдавливаться, образуя локальные прерывистые участки. Когда пружина находится под напряжением, концентрация напряжений будет происходить по краям включений, и оттуда могут возникнуть микротрещины.
Последствия:
- Обрыв проволоки в процессе волочения
- Уменьшение пружинной усталостной стойкости
- Ранний перелом во время использования
- Поверхность излома может указывать на источники зарождения трещин включения.
1.2 Неправильный контроль химического состава
1.2.1 Сегрегация углерода
Проблема:82B имеет высокое содержание углерода. В процессе затвердевания при непрерывной разливке углеродистые элементы склонны к обогащению или обеднению в центральной области.
Механизм:Сегрегация углерода приведет к неравномерной-микроструктуре поперечного сечения. Твердость центральной области с высоким-углеродом увеличивается, а ударная вязкость снижается. При последующей холодной вытяжке или навивке пружины центральная часть трудно деформируется синхронно с внешним слоем, что легко приводит к образованию внутренних трещин.
Последствия:
- Неравномерная твердость
- Расщепление центра
- Перелом чаши-и-конуса
- Большая дисперсия весенней жизни.
1.2.2 Вредные элементы, такие как P и S
Проблема:Неполная дефосфорация и десульфурация приводят к высокому содержанию P и S.
Механизм:P легко сегрегирует по границам зерен, ослабляя силу сцепления границ зерен и вызывая хладноломкость. S легко образует включения MnS, которые после прокатки и волочения распространяются по длине, образуя пути распространения трещин.
Последствия:
- Снижение прочности материала
- Склонен к хрупкому разрушению при низкой температуре или ударных условиях.
- Сниженная усталостная устойчивость
1.3 Аномальное содержание газа
1.3.1 Высокое содержание водорода
Проблема:Причиной является недостаточная дегазация нефтепереработки, сырье, содержащее воду, или плохой контроль процесса.водород попадает в сталь.
Механизм:Атомы водорода будут агрегировать с включениями, границами зерен, дислокациями и областями остаточных растягивающих напряжений, уменьшая силу связи между атомами металла, вызывая хрупкое растрескивание материала до достижения нормального предела прочности.
Последствия:
Водородное охрупчивание
Отсроченный перелом
Отсутствие явной пластической деформации.
Внезапный перелом во время использования или хранения.
1.3.2 Высокое содержание кислорода
Проблема:Недостаточное раскисление, приводящее к высокому общему содержанию кислорода.
Механизм:Чем выше содержание кислорода, тем больше оксидных включений. Оксидные включения обычно твердые и хрупкие, что затрудняет координацию деформации при пластической обработке и становится источником усталостных трещин.
Последствия:
Снижение пластичности
Снижение прочности
Обрыв проволоки во время волочения
Уменьшение усталостной долговечности
